一、天然气的前景
近年来我国城市的天然气供应发展迅速,整体形势非常好。1996年陕甘宁天然气田向北京供气,东海气田向上海浦东供应天然气,并相继在新疆的塔里木,吐哈和青海的柴达木盆地发现了新的气田,为西气东输在气源上做了充分的准备,最近在内蒙古的鄂尔多斯地区天然气勘探又有了新的成果,储量可达5000亿立方米。仅目前已掌握的储量可以至少供应30-50年。
与此同时,进口俄罗斯天然气的工作也在紧张有序地进行,预计2007年可以供应每年100亿立方米,从而有效地满足我国东北、华北地区的天然气需求。
要发展天然气供气,气源是关键,有了足够的天然气,城市供气才有保证。
二、中小城镇的天然气供气
西气东输和引进俄罗斯天然气的输送管线将经过那些经济发达,人口密集,环保要求高,工业集中的大型中心城市,并向它们供气。这是我国十五计划的重点,是国务院的重点工程,也是我国经济发展的重大项目。
但是,对于距长输管线较远的中小城市,怎么办?如果从干线上接一条几百公里的管道,建设费用高,需要地方自筹,干线开口又有一定的位置,距市近的地方不一定有预留采气口,开口还需付开口费。这些,对于用气规模较小的城市在经济上划不来。那么,有没有办法让中小城市也经济地用上清洁方便的天然气呢?有。这就是压缩天然气(CNG)供气。
三、CNG供气的适用范围
CNG供气并不适用于所有地区、所有城镇,它有一定的适用范围。
1.用气地区距天然气管线不太远,且有CNG采气的地方(即“采气站”);CNG的运输距离最好在300公里以内,最远不应超过500公里,应根据具体情况认真核算。一般讲,远距离输送超过500公里就不经济了。
2.运输方面要有良好的道路条件,在较恶劣的气候条件下仍能保证畅通的运输,即使在大雨、洪水、大雪、大雾等情况下也不会造成长时间的交通断绝。城市天然气储备量一般按2-3日考虑,不超过一周,否则需较大的设备投资。
3.CNG的供气规模不宜太大,一般在5万户以内;对工业用户的供气量也不宜太大,以天然气为原料或燃料的大型工业企业,用CNG的方式供气也是不适宜的。
4.CNG可以作为城市/小区先期供气的一种方式;例如在规模很大,长输天然气管道已有计划,但一时来不了,却又有迫切供气要求的城市,可先采用CNG的方式部分供气,待天然气管道建成以后再进行转换,这样既解决了燃眉之急,又省去了燃气置换的种种麻烦。因为对用户供气的各项参数,如燃气的压力、华白数以及管线的材质、管径及表灶等来说,先期CNG供气和以后的管路天然气供气是完全一致的,将来只需将管道连接好,拆除CNG供气设备,即可进行转换,非常简单方便。
四、经济性比较
对于城市燃气来说,天然气的优质、廉价是其他燃气无法与之竞争的。当然,在用户稀少且分散的偏远地区,还需发挥瓶装液化石油气的优势。
1.与人工煤气相比
人工煤气具有污染严重,投资高,建设周期长,成本高,效益低等缺点,经营人工煤气的企业很少有不亏损的,即使不计较是否盈利,人工煤气项目也越来越难通过环保部门的审核。只有煤矿附近的居住区,原料非常便宜,且矿区一般地处偏远,对环境要求不高,才有可能建设人工煤气项目。对于人口密集的大中城市,人工煤气的新建项目往往由于不能通过环境评估而不能立项。所以,人工煤气无论从经济效益还是从环境保护的角度,都无法与天然气相比。
2.与液化石油气相比
液化石油气的供气方式有:瓶装液化石油气供气方式;液化石油气混空气管道供气方式;纯液化石油气汽化后管道供气方式等。不论那种方式都以液化石油气价格为基准价格。
这里按一般的价格情况进行对比,如:
液化石油气3000元/吨
压缩天然气1.8元/立方米
那么换算成单位热值的价格可见下表:
燃气
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热值
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批发价格
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单位热值价格
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LPG
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93MJ/M3
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3000元/吨
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0.27元/4.18MJ
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CNG
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35MJ/M3
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1.8元/立方米
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0.215元/4.18MJ
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通过上表可知单位热值的燃气批发交割价CNG只相当于LPG的80%,而CNG厂站的基本建设费用和日常管理费用都明显低于LPG供气方式。
五、工艺
CNG的中小城镇供气系统主要由以下几个部分组成:
1.采气点加压站
由天然气田或输气管线引进天然气后,经过调压,然后进入净化装置,脱水,脱硫,脱二氧化碳,净化后的天然气经压缩机加压至15-25MPa。
2.CNG钢瓶拖车
在加压站向CNG钢瓶拖车充气,到达规定压力后,拖车将CNG送往用气城镇。
3.卸气站(储配调压站)
4.城镇输配管网
在卸气站内,天然气一般经过加热、调压、计量、加臭后进入城镇输配管网。
减压输送工艺是压缩天然气(CNG)供气技术的核心部分。根据应用场合的不同,典型的流程可有以下两种:
工艺一:无储气装置,天然气经两级调压后将压力减至管网运行压力(一般为0.3~0.4MPa),再经计量加臭后,输入城镇输配管网。此工艺适用于小规模的城镇或小区供气,或应用于用气量较小的专用户,一般用气量不超过4000Nm3/d,而CNG钢瓶拖车的运载能力应能满足2~3日的用气量要求。
工艺二:应用于供气量较大的场合,采用三级减压,其中天然气经二级减压至1.6MPa后一部分进入调峰储气设备,另一部分经第三级减压至管网运行压力(一般为0.3~0.4MPa),再经计量加臭后,输入城镇输配管网。一般此工艺的供气规模在5000Nm3/h以下。
上述两种工艺,其核心减压、加热部分均可采用箱式或橇装调压站的方式,这种调压站结构紧凑合理,占地面积小,总体造价低,其优越性已逐渐为越来越多的用户所认同,并得到广泛应用,如北京周边的密云、平谷、昌平,青岛的黄岛等。仅在京津地区,已有愈10座投入使用。其中,北京密云的CNG调压站采用意大利飞奥公司进口设备,于2000年元月投用,作为国内第一套全进口设备,已成为CNG调压站的典范。
六、CNG调压站
由于CNG调压站超高压减压的特点,比之常规的调压系统,有以下一些特点和需要注意的地方:
1.CNG调压站由调压器、紧急切断阀、放散阀、热交换器及截断阀(一般为球阀)等关键设备组成,并配以相应的管道、管件、仪表等。如配置有对热交换器提供热水的专用锅炉,则调压装置中还应配置该专用锅炉的燃气(天然气)供应系统。
2.进入调压装置的CNG应是清洁无油的,如不能保证这一点,则在调压装置前应设除油及过滤装置。
3.调压一般至少分两级进行,这样比较安全合理。在每级调压器的燃气出口处均应设紧急切断阀和安全放散阀,在调压器出口压力过高时,紧急切断阀立即动作切断气流以保障安全。紧急切断阀宜选用人工复位型。
4.调压装置中宜设置备用调压路,以保证不因发生故障而中断供气。
5.调压装置中应设置热交换器,在每级减压之前加热天然气以避免因减压节流带来的大幅度温度降低而发生冷凝结冰等现象。加热介质一般为80℃的热水,取自现成的热水源或专门设立的锅炉,锅炉可直接利用CNG调压装置中的经减压后的天然气作能源。
6.调压装置中在每级调压器的进出口均应设置压力表和温度计,每级热交换器后应有温度计并宜设置温控开关。
7.CNG调压装置内各器件及管道的布置应便于操作和维护检修;CNG调压站装置可设置在地上单独的箱内或地上单独的建筑物内;设置于空旷地带的CNG调压站应单独设置避雷装置。
CNG供气由于具有工艺简单、建设周期短、投资省、运营成本低等特点,对于距离气源较近或长输管线所到达的大城市的周边地区,对用气量不大的城镇的居民用气或中小型工业用户,不失为一种很好的供气方式。在天然气管网已经十分密集的欧洲各国,由于CNG供气方式独特的优越性,近年来,在管网铺设不到的偏远地区或地形复杂的山区,这种方式也越来越多地被采纳。随着CNG供气站在国内的逐步推广应用,有关的规范、标准也将逐步完善,这种供气技术的应用日趋成熟。实践证明,CNG供气在中小城镇有颇高的推广价值。